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提问时间:2020-08-14 03:37
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引力波和物质波(德布罗意波)是一个东西吗,有何异同?

在现有的被广泛接受的理论中(广义相对论和量子力学),除了名字里都有一个波字,这两个东西完全没有关系,区别类似于双肩包和小笼包。先简单解释一下引力波。我们都知道物体之间存在万有引力,而在引力场中的某一个点物体受到的万有引力大小正比于它们的质量。由于质量是用于描述惯性的物理量(牛顿第二定律),所以同样一个量还能用来描述物体所受万有引力的大小其实是一件非常奇怪的事(举一个"不奇怪"的例子,物体在电磁场中受力大小是正比于电荷的,所以电荷就是描述物体在电磁场中受力的量,而电荷和描述惯性的质量是毫无关系的)。质量这种奇怪的性质促使爱因斯坦思考其本质原因,并提出了广义相对论。其核心思想在于物体质量可以影响物体附近的时空结构,而万有引力是在特殊的时空结构中物体惯性的一种表现。比如说,在没有地球的时候,我们的惯性表现为我们都会匀速直线运动,有了地球以后,因为地球具有很大的质量,影响了地球周围的时空,我们的惯性在这个时空中就表现为落向地球。对于运动的物体,其质量对周围时空的影响显然也是不断变化的,它们会向水波一样传递出去,而且在很远的地方仍然不会消失,这种传递的时空结构就叫引力波。我们可以通过观察时空中物体的运动来确定是否有引力波传播过来。物质波则完全是另外一个概念。人们最先发现光有时候表现出波的性质(可以干涉,衍射等),有时候表现出粒子的性质(携带不连续的能量)。后来德布罗意猜想所有的物质都可以既表现出粒子性,又表现出波动性。由于我们观察到的物质一般都像粒子一样,比如具有确定的位置和速度,所以它们波动性的那一面就被称之为物质波。根据德布罗意的理论,我们能看到的大的物体波动性非常不显著,以至于我们根本看不出来。但是对于微观粒子,比如电子,就可以做实验验证它是否有波动性。实验证明德布罗意是正确的。物质波实际上是对所有物体波动性的一种描述。当然,不排除以后可能出现的某种理论(比如量子引力理论)或实验现象发现这两者之间实际上存在紧密的联系这种可能。

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